La Gymnodimine et le 13-desméthyle Spirolide C sont des neurotoxines macrocycliques à imine cyclique. Elles ont été isolées dans des organismes filtreurs tels que les moules et les huitres et sont produites par des algues unicellulaires de type dinoflagellé. Lors d’efflorescences algales, la forte concentration de ces molécules est à l’origine de problèmes de santé publique car les micro-algues sont absorbées puis concentrées par les organismes filtreurs. Elles se retrouvent ensuite transmises aux animaux marins et à l’Homme via la chaîne alimentaire. Dans ce contexte, leur synthèse s’avère indispensable pour disposer de quantités suffisantes à leur étude pharmacologique. Cette thèse a porté sur la synthèse des fragments spiromines du 13-desméthyle Spirolide C et de la Gymnodimine. Plusieurs stratégies unifiées ont été testées au cours de ces travaux. Dans un premier temps, des cyclisations cationiques et radicalaires d’époxy-allylsilanes obtenus par une réaction clé de substitution allylique sont présentées. Dans un second temps, une approche diastéréosélective à la synthèse d’allylsilanes et des cyclisations par ouverture radicalaire d’époxydes ont été testés. Finalement, une stratégie de synthèse basée sur la réaction de Diels-Alder a permis la synthèse d’une imine cyclique modèle et d’un intermédiaire avancé pour la synthèse totale de la Gymnodimine. / The Gymnodimine and the 13-desméthyle Spirolide C are two macrocyclic neurotoxins bearing a cyclic imine. They were isolated in filter organisms such as mussel and oysters and are produced by marine unicellular organisms called dinoflagellates. In the occurrence of algal blooms, a massive production of these molecules creates public health issues. The absorption and concentration by filter organisms, allow this molecules to be delivered to marine wild life and human trough the food chain. To date, the mode of action of spirolides is not fully elucidated and the toxicity toward humans still needs studies. Considering their low bioavailability, their synthesis proves to be crucial to have enough material for pharmacological studies. This manuscript present the synthesis of the spiroimine fragment of the 13-desméthyle Spirolide C and the Gymnodimine. Various unified strategies were tested in this work. In the first part, cationic and radical cyclisations of epoxy-allylsilanes obtained by a key allylic substitution are presented. In the second part, a diastereoselective approach for the synthesis of allylsilanes and cyclisation attempts by radical opening of epoxides are presented. Finally, a Diels-Alder based strategy allowed the synthesis of a model cyclic imine and a highly substituted fragment for the total synthesis of the Gymnodimine.

Les gymnodimines, les spirolides, les pinatoxines et les ptériatoxines constituent une famille de toxines d’origine marine de structures complexes, produites en faibles quantités par des microorganismes marins appelés dinoflagellés. Ces toxines sont connues pour bloquer les récepteurs nicotiniques de l’acétylcholine (nAChR) sans que leurs modes d’action ne soient connus avec précision. D’après les différents tests biologiques réalisés à ce jour, il semblerait que le motif spiroimine, commun à toutes ces molécules, soit le pharmacophore principal, indispensable pour toute activité inhibitrice. Le travail réalisé au cours de cette thèse s’est focalisé sur la synthèse du fragment spiroimine de la (–)-gymnodimine A, dans l’optique d’une étude pharmacologique de ces structures. Dans un premier temps, la création du centre quaternaire a été développée en utilisant la réaction Tsuji-Trost qui nous a donné de bons résultats en termes de rendement et d’excès énantiomérique. Au cours d’une approche sur des substrats modèles, une stratégie de fonctionnalisation originale de la chaîne allylique, mettant en jeu une métathèse croisée puis une oxydation, nous a permis d’atteindre l’intermédiaire spirolactone désiré. Après quelques étapes d’aménagements fonctionnels, une réaction de Staudinger nous a permis d’isoler les spiroimines attendues. Puis, dans la perspective d’une future synthèse totale, la réaction de Tsuji-Trost a été appliquée à des substrats plus fonctionnalisés. Dans un second temps, une allylation décarboxylante asymétrique à partir de Beta-cétoesters, nous a aussi permis de former le centre stéréogénique avec de bons rendements et excès énantiomériques. Une séquence rapide et efficace a été mise au point pour la synthèse de motifs spiroimines. Après une étape d’isomérisation, les composés ont été engagés dans une réaction de cycloaddition 1,3-dipolaire entre un alcène et une fonction azoture pour former les spiroimines souhaitées. La généralisation de la méthode a alors pu être débuté. Les trois spiroimines isolées au cours de ces travaux ont été évalués biologiquement sur les nAChRs, montrant un effet antagoniste, voire bloquant, selon les structures, de ces récepteurs. Leurs structures est beaucoup plus simple que celle de la GYM A et l’activité biologique est plus faible que la molécule naturelle. Toutefois, ces résultats montrent bien que le motif spiroimine est l’un des pharmacophore de la GYM A. / Gymnodimines, spirolides, pinatoxines and pteriatoxines constitute a family of marine toxins with complex structures. They are produced in small quantities by marine microorganisms called dinoflagelles. These toxins are known to block the nicotinic acetylcholine receptors (nAChR), but the exact mode of action remains to be determined. Different biological tests showed that the spiroimine moiety, common feature to all these molecules, is the main pharmacophore, indispensable for the inhibitive activity. This Ph.D. work has been focused on the synthesis of the spiroimine fragment of the (–)-gymnodimine A, for pharmacological studies of these structures. In a first part, the formation of the quaternary carbon was developped around the Tsuji-Trost reaction. Good yield and enantiomeric excess were obtained. During our work with modele substrate, an original approach was used to functionnalize the allyl chain. We realized a cross metathesis followed by an oxidative cleavage to form an aldehyde used to synthezise the wished spirolactone. After some functional arrangements, a Staudinger cyclisation has been involved to isolate the expected spiroimines. Then, Tsuji-Trost reaction was applied to more functionnalized substrates for a future total synthesis. In a second time, an asymmetric decarboxylative allylation from Beta-cétoesters, was used to form the stereogenic center with good yield and enantiomeric excess. A short synthetic route was developped for the synthesis of the spiroimine moiety. After an isomerisation of the allylic chain, compounds were involved in a 1,3-cycloaddition between an alcene and an azide to form the wished spiroimines. The generalization of the method was just begun. Three spiroimines were isolated and biologically evaluated on nAChRs. Their structure were simpler than GYM A but they show an antagonist effect and even a blocking effect according to the molecule. Their biological activities were lower than the natural product but these results show that spiroimine moiety is one of the pharmacophore of the GYM A.

Les gymnodimines, les spirolides, les pinnatoxines et les ptériatoxines constituent une famille de toxines d’origine marine de structures complexes, produites en faibles quantités par des microorganismes marins appelés dinoflagellés. Ces toxines sont connues pour bloquer les récepteurs nicotiniques de l’acétylcholine (nAChRs) sans que leurs modes d’action ne soient connus avec précision. D’après les différents tests biologiques réalisés à ce jour, il semblerait que le motif spiroimine, commun à toutes ces molécules, soit le pharmacophore principal, indispensable pour toute activité antagoniste. Le 13 dem SPX est un composé qui appartient à la famille des toxines à imines cycliques. Sa structure complexe présente un cœur à imine cyclique original, un macrocycle possédant un motif bis-spiroacétal et un buténolide. Actuellement aucune synthèse totale de ce composé n’a été publiée. L’ensemble du travail présenté dans ce manuscrit a été consacré à des études pour synthétiser, d’une part, le cœur imine spirocyclique et d’autre part, à la préparation d’un intermédiaire avancé pour parvenir à la synthèse totale de ce composé.Dans un premier temps une étude méthodologique pour synthétiser des spiroimines simplifiées optiquement actives a été réalisée. Une approche originale et convergente à été développée reposant sur des réactions d’ADc asymétrique, d’isomérisation et de cycloaddition-[3+2] 1,3-dipolaire, à partir de substrats facilement accessibles.Dans un second temps nous avons exploré deux voies synthétiques pour parvenir à un intermédiaire avancé pour la synthèse du 13 SPX C. Pour ce faire, deux approches ont été envisagées. Seule la stratégie reposant sur des étapes d’addition-1,2 d’un nucléophile, suivie d’une cyclisation pour obtenir les composés spirocycliques puis hydrogénation par l’iridium(I) cationique a été abordée au cours de ces travaux. / Gymnodimines, spirolides, pinnatoxines and pteriatoxines constitute a family of marine toxins with complex structures. They are produced in small quantities by marine microorganisms called dinoflagellates. These toxins are known to block the nicotinic acetylcholine receptors (nAChR), but the exact mode of action remains to be determined. Biological tests have showed that the spiroimine moiety, the common feature of these molecules, is the main pharmacophore, essential for the antagonist activity. 13-dem SPX C belongs to the cyclic imine toxin family. Its complex structure shows an original cyclic imine core, a macrocycle that bears bis spiroketal moiety and a butenolide. Currently, no total synthesis of this toxin has been achieved. This Ph.D. work has been focused on methodological studies to synthesize cyclic imine core of 13-dem SPX C and on the synthesis of a very functionalized compound to reach 13-dem SPX C.In the first part, a methodological work to synthesize simple optically active spiroimines was achieved. This original 3 steps sequence was based on asymmetric ADc reactions, isomerization and 1,3-dipolar [3+2]-cycloaddition from easily accessible cycloketones.In the second time we imagined two synthetic ways to reach a highly functionalized moiety of 13-dem SPX C. Only the way that relies on 1,2-addition of nucleophile followed by a cyclization to get spirocyclic patterns and an iridium(I) catalyzed hydrogenation of endo alkene was tested.

Les gymnodimines, les spirolides, les pinnatoxines et les ptériatoxines constituent une famille de toxines d’origine marine de structures complexes, produites en faibles quantités par des microorganismes marins appelés dinoflagellés. Ces toxines sont connues pour bloquer les récepteurs nicotiniques de l’acétylcholine (nAChRs) sans que leur mode d’action ne soit connu avec précision. D’après les différents tests biologiques réalisés à ce jour, il semblerait que le motif spiroimine, commun à toutes ces molécules, soit essentiel pour l’activité antagoniste. Un accès rapide à ce motif spiroimine ainsi qu’à de plus grandes quantités du produit naturel permettraient une meilleure compréhension du mode d’action de cette famille de toxines. Le travail réalisé au cours de cette thèse s’est d’une part focalisé sur la synthèse de ce coeur spiroimine de la (–)-gymnodimine A et d’autres part tourné vers le développement d’une nouvelle méthodologie d’additon énantiosélective de silyloxyfuranes sur des accepteurs de Michael cycliques. Dans un premier temps, la mise en place de la chaîne latérale de la (–)-gymnodimine A en position C7 en α du carbone quaternaire a été explorée par plusieurs approches diastéréocontrolées. C’est finalement l’utilisation de la réaction de Michael entre un organocuprate et une énone possédant le centre quaternaire en position C22 en présence de TMSCl qui a permis d’introduire un nucléophile avec la diastéréosélectivité désirée. Un précurseur du cœur spiroimne hautement fonctionalisé a alors été préparé avec une diastéréoselctivté de 83/17. Dans un second temps, un travail méthodologique nous a également permis de développer pour la première fois une version énantiosélective de la réaction de Mukaiyama-Michael vinylogue entre un silyloxyfurane et un accepteur de Michael cyclique. C’est l’utilisation d’un complexe de cuivre-(II) avec l’iso-propyl bis(oxazoline) qui s’est révélée être le système le plus performant pour accéder aux buténolides. En l’occurrence, nous avons testé la méthode avec un évantail de β-cétoesters α,β-insaturés cycliques aboutissant aux adduits de Michael avec une diastéréosélectivité totale et de bonnes énantiosélectivités pouvant aller jusqu’à 96%. Nous avons également proposé un état de transition de type Diels-Alder avec une approche exo du silyloxyfurane afin de rationnaliser les énantiosélectivités observées. / Gymnodimines, spirolides, pinnatoxines and pteriatoxines constitute a family of marine toxins with complex structures. They are produced in small amounts by marine microorganisms called dinoflagellates. These toxins are known to block the nicotinic acetylcholine receptors (nAChR), but the exact mode of action remains largely unknown. Biological tests have showed that the spiroimine moiety, the common feature of these molecules, is crucial for antagonist activity. A rapid access to this spiroimine core and to larger amount of this natural product could lead to a better understanding of the mode of action of this toxin family. This Ph.D. work has been focused on the synthesis of the spiroimine core of (–)-gymnodimine A, and on to the development of new methodology in order to add enanstioselectively silyloxyfurans to cyclic Michael acceptors. In the first part, the insertion of the side chain of (–)-gymnodimine A in poistion C7 next to the quaternary carbon has been explored by several diastereoselctive approaches. We found out that the use of the Michael addition of an organocopper reagent in the presence of TMSCl on an enone bearing the quaternary center at C22 positon was the only way to reach the expected diastereomer. Thus we obtained a key intermediaite with an interesting 83/17 diastereoselctivity for the synthesis of the spiroimine core of (–)-gymnodimine A. In a second time, a methological work allowed us to develop the first enantioselective vinyloguous Mukaiyama-Michael reaction between a silyloxyfuran and a cyclic Michael acceptor. The expected butenolide could be obtained with excellent diastereoselcetivity and good enantioselectivtities up to 96% by using iso-propyl bis(oxazoline) copper-(II) complex. This method proved to be relevant with various cyclic α,β-unsaturated β-ketoesters. Moreover, we proposed a Diels-Alder type transition state with an exo approach of the silyloxyfuran in order to rationalise the asymmetric induction.